上海申弘閥門有限公司
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焦化裝置超高溫電控蝶閥
上海申弘閥門有限公司
1 焦化裝置超高溫電控蝶閥概述
之前介紹蒸汽截止閥熱損失，現(xiàn)在介紹某2.4Mt/a延遲焦化裝置采用兩爐四塔工藝，正常生產(chǎn)24h生焦。裝置上共有16臺高溫閥門，其介質(zhì)為渣油或油氣，操作溫度約500℃，介質(zhì)容易結(jié)焦，為防止介質(zhì)結(jié)焦影響閥門開關(guān)，每個(gè)閥門都有蒸汽汽封線，通過在波紋管內(nèi)外腔、閥腔和填料等部位連續(xù)注入1.0MPa蒸汽防止結(jié)焦。這16臺高溫閥門總的汽封蒸汽消耗量在1.0MPa時(shí)約為6t/h，這些蒸汽進(jìn)入閥體后將轉(zhuǎn)化為含硫污水，不但能耗高，而且增加下游污水處理場的負(fù)荷。
新晶焦化公司化產(chǎn)車間近日完成硫銨工段幾個(gè)重要工藝閥門更換。硫銨工段由于本身工段介質(zhì)的特殊性，對管路和閥門的材質(zhì)要求較高，但是由于部分閥門試用時(shí)間較長，已經(jīng)出現(xiàn)微漏的現(xiàn)象，不僅影響了生產(chǎn)環(huán)境，還為生產(chǎn)埋下了安全隱患。該車間積極準(zhǔn)備備件，合理安排更換方案，在不影響生產(chǎn)的情況下，完成了液槽前的兩個(gè)DN100閥門和硫酸罐區(qū)的放空閥門DN50閥門的更換。
2 焦化裝置超高溫電控蝶閥高溫閥門
高溫閥門（表1）安裝在焦化裝置焦炭塔的進(jìn)料線和油氣線上。
表1 焦化高溫閥門
2.1 進(jìn)料隔斷閥
進(jìn)料隔斷閥（圖1）采用VELAN球閥，其有4個(gè)汽封蒸汽注入點(diǎn)，即閥腔、填料箱、波紋管內(nèi)外腔。在閥門全開或全關(guān)時(shí)，閥腔、填料箱以及波紋管外腔部位注入汽封蒸汽后在球體、閥座及填料間形成了密閉的高壓空間，在球體和閥座緊密貼合時(shí)不消耗蒸汽，但隨著閥門多次開關(guān)使用，球體和閥座之間有輕微磨損，蒸汽會少量泄漏。填料是非金屬材料，密封較嚴(yán)密，其汽封管路溫度較低，泄漏量較少。閥腔和波紋管外腔的汽封管路溫度較高，泄漏量較多。波紋管內(nèi)腔注入汽封蒸汽后，在閥門全開時(shí)不能形成密閉空間，只是通過蒸汽連續(xù)不斷的進(jìn)入高溫渣油中來阻止高溫渣油串入到波紋管內(nèi)腔，從而防止波紋管內(nèi)腔結(jié)焦，使閥門開關(guān)靈活不卡塞。在閥門全關(guān)時(shí)，汽封蒸汽進(jìn)入波紋管內(nèi)腔后能在進(jìn)料隔斷閥與四通閥之間的管路形成密閉的高壓空間，實(shí)際也會有少量蒸汽泄漏。
在閥門開關(guān)過程中，閥腔和波紋管外腔的密閉空間被打破，此時(shí)會消耗大量蒸汽。為節(jié)約蒸汽消耗，在每根汽封線上都安裝有孔板。汽封蒸汽耗量主要與蒸汽壓力、蒸汽溫度和孔板孔徑有關(guān)，過熱50℃的1.0MPa蒸汽經(jīng)過3/16in.和1/4in.孔徑孔板的流量分別為195kg/h和340kg/h（表2）。每臺進(jìn)料隔斷閥的汽封蒸汽耗量為zui大約740kg/h，持續(xù)時(shí)間約30s。由于進(jìn)料隔斷閥在每個(gè)48h生產(chǎn)周期內(nèi)，在大吹汽、除焦等階段的全關(guān)期間有17.5h的時(shí)間是停用汽封蒸汽的，所以平均每臺閥門的汽封蒸汽耗量約174kg/h。2.2 油氣隔斷閥
油氣隔斷閥結(jié)構(gòu)和進(jìn)料隔斷閥相同，不同的是閥門公稱直徑是進(jìn)料隔斷閥的2倍。另外由于油氣隔斷閥在初始安裝時(shí)方向裝反，導(dǎo)致汽封蒸汽的消耗與進(jìn)料隔斷閥不同（表3），主要的區(qū)別在閥門全關(guān)時(shí)，汽封蒸汽進(jìn)入波紋管內(nèi)腔后不會形成密閉的高壓空間，也需要消耗蒸汽。另外閥門處于半開半關(guān)的時(shí)間長，消耗的蒸汽較多，每臺油氣隔斷閥的汽封蒸汽消耗平均約為368kg/h。
表3 油氣隔斷閥汽封配置
2.3 四通閥
四通閥的結(jié)構(gòu)與進(jìn)料隔斷閥類似，但因其是3個(gè)出口位置，每個(gè)出口位置都有一件波紋管提供密封緊力，因此有三件波紋管，共8個(gè)汽封蒸汽注入點(diǎn)（表4）。填料以及兩個(gè)關(guān)閉位置的波紋管內(nèi)腔部位注入汽封蒸汽后形成了密閉的高壓空間，蒸汽會少量泄漏至高溫渣油中，填料部位的泄漏量較少，波紋管內(nèi)腔部位的泄漏量較多。閥腔、三個(gè)波紋管外腔和一個(gè)打開位置的波紋管內(nèi)腔注入汽封蒸汽后，不能形成密閉空間，只是通過蒸汽連續(xù)不斷的進(jìn)入到高溫渣油中阻止高溫渣油串入到閥腔和波紋管外腔及內(nèi)腔，從而防止結(jié)焦。為節(jié)約蒸汽消耗，在每條汽封線上都安裝有孔板（表4），每臺四通閥的汽封蒸汽耗量約為1230kg/h。
表4 四通閥汽封配置
2.4 大油氣總閥
大油氣總閥為Y型閥，只有一個(gè)汽封注入點(diǎn)（表5），每臺閥門的汽封蒸汽耗量約為10kg/h。
表5 大油氣總閥汽封配置
2.5 甩油閥
甩油閥為兩通旋塞閥，有4個(gè)汽封注入點(diǎn)（表6）。閥門全開或全關(guān)時(shí)，上下閥腔注入汽封蒸汽后形成了密閉的高壓空間，蒸汽會少量泄漏至高溫渣油中。在閥門的開關(guān)過程中，密閉的高壓空間被打破，且沒有安裝孔板，瞬時(shí)會消耗大量蒸汽。由于甩油閥在每48h周期內(nèi)，在大吹汽等全開期間有17.5h的時(shí)間是停用汽封蒸汽的，所以每臺閥門的汽封耗量約128kg/h。
表6 甩油閥汽封配置
3 存在的問題
上海申弘閥門有限公司主營閥門有：截止閥,電動截止閥,氣動截止閥,電動蝶閥,氣動蝶閥由于高溫閥門數(shù)量多（16臺），汽封線有66條，所以汽封蒸汽耗量較大，約5160kg/h。對高溫閥門做的短時(shí)停汽封試驗(yàn)顯示，停汽封時(shí)裝置1.0MPa工況下蒸汽耗量減少約6000kg/h。這些汽封蒸汽進(jìn)入系統(tǒng)后在分餾塔氣液分離罐轉(zhuǎn)化為含硫污水，增加了下游污水汽提以及污水處理場的負(fù)荷。
4 處理方法
為降低蒸汽消耗，減少污水處理量，考慮將焦化裝置閥門的汽封蒸汽改為另外的氣封介質(zhì)。這種介質(zhì)必須是干凈的、不結(jié)焦的、壓力與1.0MPa蒸汽壓力接近的、而且對閥門和生產(chǎn)工藝不會造成較大影響的介質(zhì)，根據(jù)焦化裝置生產(chǎn)的特點(diǎn)，比較理想的替代介質(zhì)是富氣壓縮機(jī)出口的富氣。
富氣對閥門影響較小。富氣的壓力約1.2MPa，可以調(diào)整至約0.8MPa，再注入閥門的波紋管內(nèi)外腔、閥腔和填料等部位形成高壓區(qū)。另外富氣不會結(jié)焦，這樣就能在高壓區(qū)的各部位防止結(jié)焦。但富氣較蒸汽溫度低（約110℃），而且含有H2S以及細(xì)微的焦粉。但閥門選材時(shí)就考慮了防H2S腐蝕，因此富氣含H2S對閥門不會有影響。為防止富氣攜帶的細(xì)微焦粉在閥門中沉積，可以增設(shè)精細(xì)過濾器進(jìn)行過濾，另外將富氣加熱至與1.0MPa蒸汽溫度接近的200℃左右，以防止富氣溫度與介質(zhì)溫度相差太大對閥門的開關(guān)造成影響。
閥門汽封由注蒸汽改為注富氣，并將富氣壓力控制在0.8MPa，溫度控制在200℃左右。對于四通閥和大油氣總閥可以一直注入富氣氣封，但是對于進(jìn)料隔斷閥、油氣隔斷閥以及甩油閥則只能在生產(chǎn)、小吹氣以及預(yù)熱階段注入富氣氣封，其余階段仍需用蒸汽汽封或停用汽封，以防止富氣進(jìn)入到冷焦水系統(tǒng)造成不利影響。
5 分析試驗(yàn)
取過熱50℃的1.0MPa蒸汽，密度為4.5kg/m3，則平均5160kg/h的汽封蒸汽體積流量為1146.6m3/h，假設(shè)改注0.8MPa、200℃的富氣，體積流量也為1146.6m3/h，換算成標(biāo)準(zhǔn)體積流量約為6000Nm3/h（表7）。
表7 改注富氣后閥門的氣體耗量
注：單位為kg/h的說明該閥門在此狀態(tài)下仍需用蒸汽。
從表7看出，富氣zui大流量約7000Nm3/h，持續(xù)時(shí)間0.5h，zui小流量約4800Nm3/h，持續(xù)時(shí)間11.5h，平均約為5400Nm3/h。富氣注入閥體后的流程走向與蒸汽一致，都匯集進(jìn)入分餾塔底，然后從分餾塔頂出來經(jīng)過空冷器和水冷器冷卻后進(jìn)入氣液分離罐。所不同的是蒸汽冷凝成為水從氣液分離罐以液相流出，而富氣不能冷凝，只能從氣液分離罐以氣相流出，進(jìn)入富氣壓縮機(jī)入口，經(jīng)富氣壓縮機(jī)壓縮后再循環(huán)進(jìn)入閥門的閥體，這樣就相當(dāng)于有約5400Nm3/h的富氣在循環(huán)。富氣壓縮機(jī)的額定流量約30000Nm3/h，zui大流量約36000Nm3/h，平時(shí)為保證壓縮機(jī)不發(fā)生喘振，一般有約10000Nm3/h的富氣通過反飛動線在循環(huán)，因此在閥門注入約5400Nm3/h的循環(huán)富氣對富氣壓縮機(jī)的負(fù)荷不會產(chǎn)生影響，相當(dāng)于將平時(shí)10000Nm3/h的反飛動流量分流一部分用于閥門的氣封。另外對分餾塔、焦炭塔的氣相負(fù)荷以及操作也不會產(chǎn)生影響。
根據(jù)分析對4臺油氣隔斷閥進(jìn)行了汽封改造試驗(yàn)，從富氣壓縮機(jī)出口引一條管線，經(jīng)過精細(xì)過濾器過濾并減壓后作為富氣汽封線，經(jīng)過一年多的使用，油氣隔斷閥開關(guān)正常，降低了部分蒸汽消耗，同時(shí)減少了含硫污水的產(chǎn)生。
6 結(jié)語
閥門蒸汽汽封改富氣氣封后，既不會對閥門的使用造成影響，也不會對生產(chǎn)工藝造成較大影響。經(jīng)實(shí)際使用油氣隔斷閥的檢驗(yàn)，效果良好，同類裝置也可以借鑒。與本文相關(guān)的產(chǎn)品有石油化工用閥門原則
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